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    東華大學閆建華&amp;丁彬Nano Lett.:富缺陷多孔碳納米纖維上雙金屬氟化物異質結的簡易合

    2021-04-09   易絲幫

    DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c00242

    開發低成本、高效、穩定的氧還原反應(ORR)催化劑對于實現金屬-空氣電池的大規模應用至關重要。在此,研究者報告了一種高效的雙金屬銅和氟化鈷異質結ORR催化劑,它們均勻分散在氮-氟-氧三重摻雜的分層大-中-微孔碳納米纖維(PCNFs)中。以水為溶劑,采用簡便且綠色的靜電紡絲法制備了該復合催化劑材料。使用聚四氟乙烯作為致孔劑,以在電紡雜化納米纖維中錨定正電荷銅和鈷鹽,煅燒后直接在PCNFs中形成雙金屬氟化物異質結。分層多孔結構提供了一種有效的物質傳輸途徑,而雙金屬氟化物則暴露出豐富的電活性位點,這兩者都能產生穩定的ORR活性,半波電位高達0.84V。本研究為非貴金屬催化劑的制備提供了一種可行的策略。

     

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    圖1.材料合成和結構調節機制。(a)使用簡便的靜電紡絲法和隨后的煅燒處理制備柔性CuCoF2@PCNF薄膜的過程。(b)PVP基靜電紡絲溶膠中PTFE與金屬鹽之間的相互作用。(c)穩定溶膠系統中的膠體顆粒。


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    圖2.材料表征。(a)初紡和(b)最終CuCoF2@PCNFs的SEM形態(插圖為柔性薄膜)。(c)單根CuCoF2@PCNFs的TEM圖像。經高分辨率TEM圖像確認(d)NPs中含異金屬元素,且(e)NPs中包含CuF2、CoF2和CuCoOx組分。(f)單根CuCoF2@PCNFs的EDS映射,其中Co、Cu和F吻合良好。


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    圖3.材料表征。(a)不同材料的N2吸附-解吸等溫線。(b)CuCoF2@PCNFs的孔結構和(c)TG分析。(d)三種不同材料的XRD圖譜和(e)拉曼光譜。(f)CuCoF2@PCNFs的XPS光譜以及(g)N1s,(h)Co2p和(i)Cu2p的XPS光譜。


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    圖4.電化學測試。(a)Pt/C、PCNFs和CuCoF2@PCNFs三個不同電極在O2飽和的0.1M KOH中的CV曲線,掃描速率為50mV/s。(b)這些電極的LSV曲線。(c)CuCoF2@PCNFs、Pt/C復合材料和PCNFs電極的Tafel圖。(d)不同轉速下CuCoF2@PCNFs的LSV曲線。插圖是在不同電位下的K-L圖。


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